技術創新與碳排放效率耦合協調關系及驅動力研究
——以裝備制造業細分行業為例

馮俊華 韓 美

(陜西科技大學經濟與管理學院,陜西 西安 710021)

我國承諾到2030年在2005年基礎上將單位國內生產總值(GDP)碳排放量降低60%～65%,且碳排放總量在2030年左右達到峰值。技術創新作為社會經濟發展的第一驅動力,是提升碳排放效率的關鍵手段,反過來碳排放效率也會通過經濟水平和環保壓力促進技術創新水平的進一步提升,兩者相互影響、相互促進。因此,技術創新與碳排放效率協調發展是企業實現轉型升級、行業實現“碳達峰”目標的關鍵。裝備制造業是工業的心臟和國民經濟的發動機,也是《中國制造2025》計劃的重要依托行業。然而,裝備制造業要實現經濟目標,勢必會消耗大量資源和能源并產生環境污染,主要體現在生產加工環節的高碳排放量。因此,研究裝備制造業技術創新與碳排放效率的耦合協調關系及驅動力刻不容緩,是實現裝備制造業經濟效益、社會效益、環境效益三贏的重要保證。

關于技術創新與碳排放的關系,學者們已從以下幾方面開展了研究：(1)從省、市、縣、企業尺度研究兩者的關系[1-2],但缺乏對具體行業的細分行業研究;(2)主要研究技術創新與碳排放效率的單向靜態關系,包括技術創新抑制碳排放[3-4]和碳排放倒逼技術創新水平提升[5-6],缺乏對技術創新與碳排放效率動態互動關系的研究,特別是兩者的耦合協調關系研究很少;(3)研究技術創新與碳排放效率耦合協調關系驅動力時多采用線性回歸[7-8]、空間計量[9-10]、Tobit[11-12]等模型,存在變量間內生性問題。

本研究選取2000—2019年裝備制造業面板數據,綜合評價技術創新與碳排放效率并分析它們的耦合協調效應,然后運用可以解決變量間內生性問題的面板向量自回歸(PVAR)模型進一步明確驅動兩者耦合協調的重要因素。

1 研究方法與指標選取

1.1 技術創新與碳排放效率評價指標體系構建

基于裝備制造業創新與生產活動的投入產出過程選取技術創新和碳排放效率的評價指標。

(1) 技術創新評價指標

技術創新投入是裝備制造業進行創新活動的基礎,主要體現在人員、財務等方面的投入,本研究選用研究與開發(R&D)人員全時當量、新產品開發經費和R&D經費3個指標作為技術創新投入的評價指標。

技術創新產出衡量的是裝備制造業在進行創新活動時的效益成果,可通過企業專利數、新產品增加值等方面來體現,本研究選用R&D項目數、發明專利申請數、有效發明專利數、新產品開發項目數和新產品銷售收入5個指標作為技術創新產出的評價指標。

(2) 碳排放效率評價指標

從人力、財力、物力等角度出發，選取裝備制造業規模以上工業企業平均用工人數、能源消費總量、固定資產凈值3個指標作為裝備制造業創造收益所要投入的成本指標。

裝備制造業投入一定生產要素會產出一定的經濟效益和環境污染,其中經濟效益可以用行業生產總值來反映,但由于裝備制造業缺乏行業生產總值數據,本研究用主營業務收入來表征;環境污染的可表征指標很多,參考文獻[13]、[14]選取非期望環境污染指標碳排放量作為環境污染的表征指標,計算參考周四軍等[15]的方法并根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)公布的標準煤折算系數進行折算。

運用極差法對指標作標準化處理[16]。

各指標權重通過熵值法確定,計算方法如下：

(1)

(2)

式中：Ej為j指標的熵值;N為評價總年數,本研究中2000—2019年為20年;Xij為i年j指標的標準化值;Wj為j指標的權重。

1.2 技術創新與碳排放效率耦合協調度模型

先對技術創新和碳排放效率計算綜合評價值,計算公式分別見式(3)和式(4)。

(3)

(4)

式中：Ri、Hi分別為i年裝備制造業技術創新綜合評價值和碳排放效率綜合評價值。

再建立耦合協調度模型來評價裝備制造業技術創新與碳排放效率的耦合協調關系,計算方法如下：

(5)

(6)

(7)

式中：Ti為i年裝備制造業技術創新與碳排放效率的綜合評價值;Ci為i年裝備制造業技術創新與碳排放效率的耦合度;Di為i年裝備制造業技術創新與碳排放效率的耦合協調度。

裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度評價參考文獻[17]。

1.3 驅動力因素選取及模型構建

裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度的驅動力因素選取參考馮俊華等[13]關于影響工業企業技術創新與生態效率耦合協調度的驅動力因素,包括企業規模(主營業務收入與企業個數比值)、自主創新程度(創新相關經費內部支出占主營業務收入比重)和能源結構(煤炭消耗量占能源消耗總量比例)。

利用PVAR模型研究企業規模、自主創新程度、能源結構3個驅動力因素對裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度的驅動影響情況。

1.4 行業分類與數據來源

本研究參考《國民經濟行業分類》(GB/T 4754—2002)將裝備制造業細分成金屬制品業,通用設備制造業,專用設備制造業,交通運輸設備制造業,電氣機械及器材制造業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業,儀器儀表及文化、辦公用機械制造業7類。

技術創新評價指標和碳排放效率評價指標(除碳排放量)數據來源于2001—2020年的中國統計年鑒;創新相關經費內部支出、主營業務收入、企業個數數據來源于2001—2020年的工業企業科技活動統計年鑒;各類能源消耗量數據來源于2001—2018的中國能源統計年鑒和2019—2020年的中國碳核算數據庫,為消除價格波動影響,新產品開發經費、R&D經費、固定資產凈值、新產品銷售收入、主營業務收入等指標均以2000年為基期用平減指數進行處理。

2 結果及分析

2.1 技術創新與碳排放效率綜合評價

技術創新與碳排放效率綜合評價值見圖1。技術創新綜合評價值和碳排放效率綜合評價值整體都呈現逐年增長趨勢,技術創新綜合評價值雖一直滯后于碳排放效率,但其增長幅度顯著大于碳排放效率,兩者的差距逐漸縮小,短期內技術創新綜合評價值有望超過碳排放效率綜合評價值。

圖1 技術創新與碳排放效率綜合評價值Fig.1 The comprehensive evaluation values of technological innovation and carbon emission efficiency

裝備制造業各細分行業的技術創新綜合評價值見圖2。裝備制造業各細分行業的技術創新綜合評價值整體變化趨勢一致,呈現逐年增長趨勢,其中通信設備、計算機及其他電子設備制造業增長幅度最大,金屬制品業和儀器儀表及文化、辦公用機械制造業技術創新綜合評價值一直處于較低水平。

圖2 裝備制造業細分行業的技術創新綜合評價值Fig.2 Comprehensive evaluation values of technological innovation for the sub-sectors of equipment manufacturing industry

裝備制造業各細分行業的碳排放效率綜合評價值見圖3。裝備制造業各細分行業的碳排放效率綜合評價值整體變化趨勢也比較一致,呈現逐年增長趨勢。與技術創新綜合評價值相似,通信設備、計算機及其他電子設備制造業增長幅度最大,儀器儀表及文化、辦公用機械制造業增長幅度最小。

圖3 裝備制造業細分行業的碳排放效率綜合評價值Fig.3 Comprehensive evaluation values of carbon emission efficiency for the sub-sectors of equipment manufacturing industry

2.2 技術創新與碳排放效率耦合協調度分析

裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度見圖4。2000—2019年裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度整體發生了飛躍式增長。耦合協調狀態經歷了從嚴重失調到輕度失調的良好轉變。2001年耦合協調度出現最低值,主要可能是受限于技術創新綜合評價值低,反映出技術創新是制約兩者耦合協調度的重要原因。

裝備制造業細分行業的技術創新與碳排放效率耦合協調度見圖5。2000—2019年各細分行業技術創新與碳排放效率耦合協調度整體變化趨勢一致,呈現逐年上升趨勢。耦合協調度除儀器儀表及文化、辦公用機械制造業提升不明顯,其他各細分行業均有較大提升,2000年交通運輸設備制造業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業處于中度失調,其余各細分行業處于重度失調;而2019年各細分行業提升到了瀕臨失調甚至是勉強協調,而通信設備、計算機及其他電子設備制造業成了唯一達到協調狀態的細分行業。由于技術創新綜合評價值滯后于碳排放效率,且耦合協調狀態主要受限于技術創新,因此通過提高技術創新發展水平可進一步增強裝備制造業及其細分行業技術創新與碳排放效率的耦合協調度。

圖4 技術創新與碳排放效率耦合協調度Fig.4 The coupling coordination degrees of technological innovation and carbon emission efficiency

圖5 裝備制造業細分行業的技術創新與碳排放效率耦合協調度Fig.5 The coupling coordination degrees of technological innovation and carbon emission efficiency for the sub-sectors of equipment manufacturing industry

2.3 技術創新與碳排放效率耦合協調度的驅動力因素分析

2.3.1 平穩性檢驗及滯后階數確定

使用Stata15.0軟件對裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度及其驅動力因素進行PVAR模型建模分析,考慮到指標數據的平穩性,分別對變量取自然對數后進行平穩性檢驗、同質根檢驗(LLC)和異質根檢驗(IPS)，結果均表明原始序列為平穩序列。

運用赤池信息準則(AIC)、貝葉斯信息準則(BIC)、漢南-奎因信息準則(HQIC)3個最小信息準則進行最優滯后階數的選擇。由表1可以看出,最優滯后階數應為3,因此下面構建滯后3階PVAR模型。

表1 PVAR模型最優滯后階數1)Table 1 Optimal lag order of PVAR model

2.3.2 方差分解

裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度的方差分解中，耦合協調度本身、企業規模、自主創新程度和能源結構所占比例如表2所示。可以看出：(1)耦合協調度對其本身的貢獻度最大;(2)除耦合協調度本身外,自主創新程度對于耦合協調度的貢獻度最大,能源結構的貢獻度也相對較大,而企業規模的貢獻度相對較小。因此,裝備制造業在未來的發展過程中應重視技術的升級改造,加大自主創新力度,大力推進清潔能源的使用,做到節能減排,優化結構,促進技術創新和碳排放效率耦合協調。

表2 裝備制造業耦合協調度方差分解Table 2 Coupling coordination degree variance decomposition of equipment manufacturing industry %

3 結論與啟示

3.1 結 論

(1) 技術創新綜合評價值和碳排放效率綜合評價值整體都呈現逐年增長趨勢,技術創新綜合評價值雖一直滯后于碳排放效率,但其增長幅度大于碳排放效率,兩者差距逐漸縮小。各細分行業中,通信設備、計算機及其他電子設備制造業增長幅度最大,儀器儀表及文化、辦公用機械制造業增長幅度最小。

(2) 裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度整體經歷了從嚴重失調向輕度失調的過渡,主要可能是受限于技術創新綜合評價值低,因此通過提高技術創新發展水平可進一步增強裝備制造業及其細分行業技術創新與碳排放效率的耦合協調度。

(3) 裝備制造業技術創新與碳排放效率耦合協調度受耦合協調度本身的影響最大,其次受到自主創新程度和能源結構的影響,受企業規模的影響最小。

3.2 啟 示

(1) 針對行業異質性,實施差異化發展。裝備制造業各細分行業技術創新與碳排放效率發展水平差異較大且驅動耦合協調度因素不同,所以各細分行業需要尋求適合各自發展的道路。金屬制品業、通用設備制造業、專用設備制造業可以著重解決碳排放效率問題,雖然可以通過技術升級減少碳排放量,但更重要的是要不斷優化行業結構,同時學習先進行業的低碳生產技術以提升行業的碳排放效率。而對于交通運輸設備制造業,電氣機械及器材制造業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業等,除學習先進技術外,需要提升自主創新能力,增加有利于能源利用效率提升和清潔能源開發的研發投入,減少投資冗余,有效控制運作成本,拓展低碳技術升級新渠道。

(2) 加強協調行業的輻射效應,建立裝備產業集群。依靠通信設備、計算機及其他電子設備制造業的輻射效應,發揮行業協調作用,加強行業間的合作交流,在降低成本、提高能源利用效率、提高自主創新能力等方面優勢互補,推動發展高質量裝備產業集群,促進裝備制造業整體向優質協調方向邁進。